[논문]조선해양 작업장의 공압 그라인더 대체용 BLDC 모터 전동 그라인더 상용 시제품 개발 연구

하석문; 안우영

조선해양 작업장의 공압 그라인더 대체용 BLDC 모터 전동 그라인더 상용 시제품 개발 연구
A Study on Development of Commercial Prototype BLDC Motor Grinder in Shipbuilding to Replace Air Grinder 원문보기

하석문 (대우조선해양(주)) , 안우영 (대우조선해양(주))

조선해양 생산현장에서는 생산 용도로 다양한 에너지원을 사용하고 있지만 가장 많이 사용하는 에너지원은 전기이며, 전기의 30% 이상을 압축공기 생산에 사용하고 있다. 압축공기를 동력으로 이용하는 경우, 특히 그라인더에서는, 에너지 변환 효율이 전력대비 1/4~1/5 수준으로 매우 낮다. 본 연구에서는 공압 그라인더를 BLDC 모터 전동 그라인더로 대체하기 위한 연구를 수행하였다. 그 결과 7인치 공압 그라인더와 대등한 출력을 내면서 안전성과 내구성 면에서 우수한 상용급 전동 그라인더 시제품을 설계 및 개발하였다. 또한 시제품에 대한 현장 시험을 거쳐 다양한 개선방안과 설계개선안을 통해 향후 상용급 BLDC모터 전동 그라인더 개발을 위한 설계기술을 확보할 수 있었다.

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문제 정의

본 연구는 기존의 연구에서^[3] 지적된 문제점을 개선하여조선해양 생산 작업장에 가장 널리 사용되는 공압식 공구 중 하나인 7인치 공압 그라인더를 전동으로 대체하기 위한 연구로써, 대량생산 직전에 상용 시제품을 제작하여 생산 현장에서 시험하였다.

제안 방법

(1) 설계개선과 산업디자인을 통해 BLDC모터 전동 그라인더 상용 시제품을 제작하였다.
본 연구를 통해 기어 헤드에서 스핀들 락 버튼을 제거하였고, 그라인더 바디를 감쌀 수 있는 플라스틱 하우징을 설계하였으며, 손잡이의 크기와 길이를 작업자 손 크기에 맞추었으며, BLDC모터의 홀센서 신호를 전송하고 PWM 전원을 공급할 수 있는 케이블 설계하여 반영하였다. 개선된 설계를 바탕으로 그림 2와 같이 시안을 작성하였다.
앞 절에서 개선한 산업디자인을 바탕으로 금형을 제작하고 플라스틱 부품은 사출 성형으로, 알루미늄 부품은 다이 캐스팅 후 후가공 하는 방법으로 부품을 제작하였다. 제작과정 중 플라스틱 바디에서 비틀림이 발생하였는데, 금형 예열 패드의 위치를 조절하여 해결하였고, 그 외 다른 부품에서는 큰 문제가 발생하지 않았다.
제작과정 중 플라스틱 바디에서 비틀림이 발생하였는데, 금형 예열 패드의 위치를 조절하여 해결하였고, 그 외 다른 부품에서는 큰 문제가 발생하지 않았다. 이후 제어기와 케이블을 제작하여 그림 3과 같이 상용 시제품을 제작하였다.

성능/효과

(2) 현장 사용과 시연을 통해 다양한 개선의견을 얻을 수 있었다.
하절기 일광 하에서 철판은 최대 60℃까지 온도가 상승하는데, 이때 제어기는 철판 위에 그대로 노출되므로 동작 내열온도가 이 온도 이상은 되어야 한다. 그러나 실험결과 제어기는 최대 50℃ 이내에서만 동작이 가능한 것으로 확인되었다. 이는 전류를 센싱하는 저항이 온도에 따라 저항 값이 변하는 것과 전류를 센싱한 후 출력되는 전압을 증폭하는 회로의 내열 온도 문제로 확인되었다.
상기 제작된 그라인더를 현장의 사용부서와 관리부서에 배포하여 다양한 개선의견과 보완사항을 얻을 수 있었다.

후속연구

(3) 실 사용 결과 자석이탈과 제어기 동작 내열온도 보완이 필요함을 확인하였다.
현재 시제품을 보완하는 연구가 계속해서 진행 중이며, 본 연구에 대한 후속 연구로 현장 시험을 통해 도출된 개선사항을 보완하고 문제점을 보완하여 상용품을 제작하고, 현업에 적용하는 연구가 필요하다.

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